JP2018508768A - 基板の電気的特性を測定するための、方法、装置およびシステム - Google Patents
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Abstract
本発明は、基板の電気的特性を測定するための装置であって、誘電材料でできており座面を有する支持体を備え、支持体は該支持体の座面に面一の接触面を有する電気的テスト構造を備え、支持体の座面および電気的構造の接触面は基板と密着するのに適している、装置に関する。また、測定装置は、支持体における別の表面に形成され電気的構造に電気的に接続された少なくとも１つの接続バンプコンタクトを備える。また、本発明は、基板の特性を評価するためのシステムおよび測定装置を用いて基板の特性を測定するための方法に関する。【選択図】 図１
Description
本発明は、基板の、電気的な、特に無線周波数（ＲＦ）の、パフォーマンスレベルの特性評価であって、マイクロエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、マイクロメカニカルまたは光起電性の装置の製造に用いられ得るものの分野に関する。
集積装置は、通常、それらの製造用の支持体としての役割を主に担う基板上に形成される。しかしながら、集積度の増加およびそれらの装置に期待されるパフォーマンスレベルの増加は、それらのパフォーマンスレベルとそれらが形成される基板の特性との間の無視できない結合の増加をもたらしている。これは、約３ｋＨｚ〜３００ＧＨｚの周波数の信号を処理し、具体的には電気通信（電話通信、Ｗｉ−Ｆｉ、ブルートゥースなど）の分野に適用され得る、ＲＦ装置に特に該当する。
装置／基板の結合の一例では、装置において伝搬する高周波信号由来の電磁場が、基板の深い所に入り込み、そこに存在する電荷キャリアと相互作用する。その結果、挿入損失による信号のエネルギーの一部の無駄な消費が生じ、クロストークによる要素間の影響が発生し得る。
よって、基板の電気的特性と装置の期待されるパフォーマンスレベルとを適切にマッチさせることは非常に重要である。
ＲＦ装置の製造用の基板の電気的特性を測定するためのある一般的な技術は、堆積、マスキング、エッチングなどの一般的なマイクロエレクトロニクスの製造手段を用いることによって、基板上にテスト構造を形成するというものである。テスト構造は、基板の具体的な特性（例えば、その抵抗、その線形性、その容量、その誘電率）を測定するように、および／または、想定される具体的なアプリケーションへのその適合性が評価されるように設計され得る。例えば、テスト構造は、生成器からの信号が伝搬するコプレーナ線路によって構成され得る。基板において散逸される電力を特定しそこから挿入損失特性を推測するのに、信号解析器が用いられる。
上述の技術のような知られた技術は、完全に適切というわけではない。事実、それらは、例えば基板上にテスト構造を形成するための、重要性のある手段の実装を必要とするが、上記手段は低速で高価である。上記手段は、自動化不可能または僅かな部分だけが自動化可能であり、さらには、破壊をもたらす技術である。よって、上記手段は、装置の製造ラインの入力側において基板の製造管理または基板の品質管理を行うのには適していない。さらに、測定された特性の各々は、独立したテストにさらされる必要がある。最後に、これらの知られた技術は、電気的特性を局所的に測定することを可能にするが、基板の表面全体にわたる特性のマッピングの作成には適していない。よって、上記手段は、基板を精度よく特徴づけることを可能にするわけではない。
よって、本発明の１つの目的は、基板の電気的特性を測定するための方法および装置ならびに基板の特性を評価するためのシステムであって、実装が容易であり安価であり多目的であるものを提案することである。
本発明の他の目的は、測定方法、測定装置および精度のよい特性評価システムであって、特に、基板の表面全体にわたる電気的特性のマッピングの提供を可能にするものを提案することである。
また、本発明の他の目的は、電気的特性を測定するための方法および装置ならびに基板の特性評価のためのシステムであって、上述の基板の製造または品質の管理の基礎をなし得るものを提案することである。
上述の目的の少なくとも１つを達成するため、本発明の主題は、基板の電気的特性を測定するための装置であって、誘電材料でできており座面を有する支持体を備え、支持体は該支持体の座面に面一の接触面を有する電気的テスト構造を備え、支持体の座面および電気的構造の接触面は基板と密着するのに適している、装置を提案することである。また、測定装置は、支持体における別の表面に形成され電気的構造に電気的に接続された少なくとも１つの接続バンプコンタクトを備える。
よって、測定装置は、基板を損傷させることなく測定が素早く行われ得るように、テスト対象の基板の主面の選ばれた位置に取り付け可能である。
有利には、測定される特性は無線周波数（ＲＦ）の特性であり、電気的テスト構造は少なくとも１つのアクティブまたはパッシブのＲＦ要素を備える。ＲＦ要素は、伝送ライン、インダクタ、コンタクタ、クロストーク特性評価要素、アンテナ、共振器であり得る。
よって、基板のＲＦ特性を測定するための装置が存在する。
変形例では、測定される特性は、静的な特性であり得る。
特に有利には、誘電体支持体はリジッドであり、これにより、ハンドリングおよび基板と密着した配置が容易となる。
好ましくは、支持体の接続バンプコンタクトは、支持体における座面とは反対側の表面に形成され、これにより、システムにおける相互接続がシンプルになる。
有利には、支持体は、電気的テスト構造を接続バンプコンタクトに電気的に接続させるための、導電性材料で充填されたビアを備える。このようにして、装置は、よりコンパクトになる。
また、本発明の主題は、本発明に係る測定装置を備えた、基板の特性を評価するためのシステムに関する。
有利には、特性評価システムは、自身に基板を配置するためのプレートを備え、このプレートは、基板に電圧を印加するように構成され得る。
特に有利には、特性評価システムはまた、測定装置をプレートに対して相対的に移動させるための手段を備える。当該手段は、基板の表面全体にわたって測定される電気的特性のマッピングを容易に作成することを可能にする。
好ましくは、特性評価システムは、支持体に固定され支持体を基板と密着させて配置するよう構成された、保持部材を備える。
好ましくは、特性評価システムは、支持体の接続バンプコンタクトに接続された解析コンピュータを備え、解析コンピュータは、電気信号源および信号解析器を備える。よって、特性評価情報をもたらすための測定信号を印加、取得および処理できる集積測定システムが存在する。
本発明の他の主題は、基板の電気的特性を測定するための、以下のステップを備える方法に関する：
ａ）主面を有する基板を供給する；
ｂ）基板の主面を、接触領域における接合（joining）により、電気的テスト構造の接触面と密着させて配置する；
ｃ）密着を維持しつつ、電気的テスト構造において信号を伝搬させる；
ｄ）伝搬する信号を測定し、基板の電気的特性を特定する。
ａ）主面を有する基板を供給する；
ｂ）基板の主面を、接触領域における接合（joining）により、電気的テスト構造の接触面と密着させて配置する；
ｃ）密着を維持しつつ、電気的テスト構造において信号を伝搬させる；
ｄ）伝搬する信号を測定し、基板の電気的特性を特定する。
この方法の、単独または組み合わせて採用される他の特徴によれば：
・電気的テスト構造は誘電材料でできた支持体に含まれ、電気的構造の接触面は支持体の座面と面一である。
・密着させて配置するステップは、接触領域において基板の主面に支持体を配置し、その後、伝搬ステップｃ）および測定ステップｄ）において支持体に制御された保持力を印加するものである。
・連続したステップＢ〜Ｄを実行する測定シーケンスが繰り返される。
・測定シーケンスは、基板の主面における別の接触領域に適用される。
・測定ステップｄ）の後に、方法は、基板から電気的構造を除去するステップｅ）を備える。
・電気的テスト構造は誘電材料でできた支持体に含まれ、電気的構造の接触面は支持体の座面と面一である。
・密着させて配置するステップは、接触領域において基板の主面に支持体を配置し、その後、伝搬ステップｃ）および測定ステップｄ）において支持体に制御された保持力を印加するものである。
・連続したステップＢ〜Ｄを実行する測定シーケンスが繰り返される。
・測定シーケンスは、基板の主面における別の接触領域に適用される。
・測定ステップｄ）の後に、方法は、基板から電気的構造を除去するステップｅ）を備える。
本発明の他の特徴および利点は、以下の添付図面を参照しながら後述する本発明の詳細な説明により明らかとなる。
図２を参照しつつ、基板１１の特性を評価するためのシステム１０が説明される。
基板１１は、どのような種類のものであってもよい：それは、シリコン基板のような半導体基板であってもよく、または、例えばサファイア製の絶縁体基板であってもよい。また、それは、シリコンオンインシュレーター基板のような複合基板であってもよい。好ましくは、基板は未加工である、すなわち、基板はいかなる機能デバイス（functional devices）も含まない。
システム１０では、基板１１を受けるためのプレート７が設けられている。それ自体よく知られているように、プレートには、機械的にまたは吸引により基板を適当な位置に保持することを可能にする手段が設けられていてもよい。基板１１は、図２には表されていないマニピュレーティングロボットによってプレート上に配置され得る。
また、特性評価システム１０は、基板の電気的特性を測定するための装置１を備える。それの詳細な説明は、後に行う。この測定装置は、基板１１の表面上および表面近傍を伝搬する信号を、印加および／または抽出することを可能にする。
この目的で、図２に示されるように、測定装置は、基板１１に密着して配置される。これを行うために、システム１０には、測定装置１に固定された保持部材８が設けられている。例えば、それは、コンピュータ９によって制御可能であり基板１１に対して装置１を押しつけるために装置１に制御された保持力を印加可能である関節腕であってもよい。
測定装置１は、基板１１に接する自身の座面３の側において、保持部材８によって測定装置１に印加される保持力の調整を可能とするセンサを備えていてもよい。
また、特性評価システム１０には、測定装置１に対するプレート７の相対的な位置を調整することを可能にする手段が設けられている。よって、測定装置１を、基板１１の主面における選ばれた位置に配置および移動させることができる。
システムの第１態様において、上記の手段は、例示的に前述した、保持部材８を形成する関節腕に対応し得る。
第２態様において、プレート７は、それが存する平面における全方向に移動可能なロボット１２によって、移動可能とされていてもよい。この第２態様は、壊れやすいものであり得る測定装置１の移動を回避するため、好ましい。
明らかではあるが、プレート７および測定装置１の相対的な位置を調整する上述の２つの手段は、結合されていてもよい。
また、特性評価システムは、解析コンピュータ９を備える。このコンピュータは、システムの種々の移動要素（保持部材８、ロボット１２）と、後述の測定方法のシークエンシングと、の制御を担当することができる。この目的で、それは、システムにおけるそれが通信し得る全ての要素と接続されている。
また、解析コンピュータ９は、電気信号生成器９ａと解析器９ｂとを備え得る。生成器９ａおよび／または解析器９ｂは、測定装置１の一または複数の接続バンプコンタクトに接続されている。よって、測定装置１からの信号を、印加、伝搬および／または取得できる。
測定結果は、基板１１の特性評価をもたらすように、コンピュータ９によって処理され得る。
また、一連の測定結果は、基板１１の特性マッピングのようなより包括的な特性評価を実現するように、コンピュータ９によって処理され得る。
よって、システム１０は、製造ラインに組み込むことに適した、例えば基板製造管理用または基板品質管理用の、基板の自動特性評価アセンブリを構成する。
システム１０の重要な要素は、以下のパラグラフで説明される測定装置１にある。
本出願の発明者らは、全く予想外なことに、電気的テスト構造からの利用可能な電気信号を印加および取得するために従来のマイクロエレクトロニクスの堆積、マスキング、エッチングの技術を用いることによって基板１１上および基板１１内に直接的に電気的テスト構造を形成することは必須ではないことに気がついた。
事実、本発明者らは、ある程度の慎重をもってすれば、上記の電気的テスト構造を、電気的テスト構造および基板を接合することによって基板に密着させて配置することで足りることに気がついた。
図１は、本発明に係る上記の測定装置１の概略的なブロックダイアグラムを表す。それは、ガラス、アルミナ、ポリマー、水晶、サファイア、ＳｉＣなどのような誘電材料でできた支持体２を備える。
好ましくは、特に、先に説明した特性評価システムに測定装置１が組み込まれる場合には、支持体２はリジッドである。
支持体２は、座面３を有し、支持体２の座面に面一の露出した接触面５を有する電気的テスト構造４を備える。よって、装置１のこちら側は、座面３および接触面５によって形成された、基板１１と密着するのに適した平面を有する。
本出願では、「密着」は、電気的テスト構造４と基板１１との間に十分な電磁気的結合が形成されることを意味すると理解されるべきである。
例えば、電気的テスト構造４または基板１１における電気信号の伝搬に影響し測定を狂わせるおそれがある測定装置１と基板１１との間のエアポケットの形成を避けるのに十分な程度に接触面が平面状および／または平滑である場合に、この十分な結合が得られている。
測定装置１に印加される保持力は、この密着状態に寄与する。
電気的テスト構造４は、基板の特性評価に役立つ信号を伝搬させ得るあらゆる種類のアクティブまたはパッシブのＲＦ要素であり得る。それらは、伝送ライン、インダクタ、クロストーク特性評価要素、スイッチ、アンテナ、共振器などであり得る。よって、電気的テスト回路４は、抵抗、線形性、容量、誘電率などの、特性評価対象の基板の特性またはパフォーマンスに基づいて選ばれる。
それ自体よく知られているように、電気的テスト構造４は、電気的に分離されているものの電磁気的に互いに結合しており基板１１に結合しているラインまたはバンプコンタクトのような多くの要素によって形成され得る。
電気的テスト構造４において伝搬する信号の印加または抽出を可能とするために、支持体２には、支持体２における座面３とは別の表面に形成され電気的テスト構造４に電気的に接続された少なくとも１つの接続バンプコンタクト６が設けられている。
好ましくは、一または複数のバンプコンタクトは、支持体２における座面３とは反対側の表面に形成されている。また、好ましくは、支持体２は、電気的構造４と接続バンプコンタクト６とを電気的に接続させるための、導電性材料で充填された一または複数のビア７を備える。
以下、図３を参照しつつ、基板１１の電気的特性を測定するための方法を説明する。
この方法は、測定対象の基板１１を供給する第１のステップａ）を備える。先に理解されたように、このステップは、自動的な態様で、基板１１を特性評価システム１０のプレート７に配置するものであってもよい。
第２のステップｂ）では、電気的テスト構造４の接触面５が、接合により、基板１１の主面の接触領域に密着して配置される。
このステップは、特性評価システムに属し装置１に固定されている保持部材８を用いて、基板１１に対して装置１を配置するものであってもよい。制御された保持力が印加されてもよい。このステップにおいて、上述のように、電気的テスト構造４と基板１１との間に十分な電磁気的な結合が形成される。
第３のステップｃ）では、基板１１との密着が維持されつつ、電気的構造４において信号が伝搬する。最後のステップｄ）では、伝搬する信号が測定され、基板１１の電気的特性が特定される。
信号はコンピュータ９の源９ａから取得でき、測定はコンピュータ９の解析器９ｂによって実行できる。この方法の最後には、除去ステップにおいて密着を終わらせ、例えば保持部材８を用いて、基板１１から電気的テスト構造４を取り外すことができる。その後、新たな測定のために、他の基板を直接的に配置することができる。
なお、この測定は基板の破壊をもたらすものではなく、測定の速度は非常に速いものであり得る。
さらに、連続するステップｂ）〜ｄ）を備える測定シーケンスを同一の基板１１において繰り返すことができる。
この繰り返しは、例えば一連の測定結果を平均化するために、基板１１の主面の同一の接触領域において実行され得る。
しかしながら、有利には、繰り返される測定シーケンスは、基板１１の主面における別の接触領域に適用される。これにより、基板の表面全体にわたって測定される特性のマッピングを非常に効率的に作成することが可能となる。
明らかではあるが、本発明は、説明された実装例に限定されず、後述の請求項によって規定される本発明の範囲を逸脱しないような変形実施形態が追加され得る。
よって、基板のＲＦ特性の測定が例として取り上げられたが、本発明は、このタイプの測定に限定されない。静的な電気的特性を測定することも可能であり、電気的テスト構造は、静的な量（static quantity）の印加または測定を可能にする一または複数の金属ブロックであり得る。
さらに、本発明は、特定の数の電気的テスト構造および／または接続バンプコンタクトに限定されない。測定装置１のこれらの要素は、必要なだけ重複していてもよい。
最後に、支持体２の材料がリジッドであることは必須ではなく、密着が保持力の印加によって得られることは必須ではない。事実、支持体２の材料をフレキシブルにすることは考えられ、そのようにすることで、特性評価対象の非平面状の基板との密着を確保することが可能となる。また、それには、測定時に基板１１上にそれを安定して配置することを可能にする粘着層が設けられていてもよい。そのような粘着は、基板に密着させて配置し基板と電磁気的に結合させるのに好都合である。
Claims (20)
- 基板の電気的特性を測定するための装置（１）であって、
・誘電材料でできており座面（３）を有する支持体（２）であって、前記支持体は該支持体の前記座面（３）に面一の接触面を有する電気的テスト構造（４）を備え、前記支持体（２）の前記座面（３）および前記電気的構造（４）の前記接触面は前記基板と密着するのに適している支持体（２）と、
・前記支持体（２）における別の表面に形成され前記電気的構造（４）に電気的に接続された少なくとも１つの接続バンプコンタクト（６）と、を備える、装置（１）。 - 前記測定される電気低特性は静的なものであり、前記電気的テスト構造（４）は導電性材料でできたブロックを備える、請求項１に記載の測定装置（１）。
- 前記測定される電気的特性は無線周波数の特性であり、前記電気的テスト構造（４）は少なくとも１つのアクティブまたはパッシブの無線周波数要素を備える、請求項１に記載の測定装置（１）。
- 前記電気的テスト構造（４）は、伝送ライン、インダクタ、クロストーク特性評価要素、スイッチ、アンテナ、共振器から形成されるリストから選択される少なくとも１つの要素を備える、先行する請求項に記載の測定装置（１）。
- 前記支持体（２）はリジッドである、請求項１に記載の測定装置（１）。
- 前記支持体（２）はフレキシブルである、請求項１に記載の測定装置（１）。
- 前記支持体（２）の前記誘電材料は、ガラス、アルミナ、ポリマー、水晶、サファイア、ＳｉＣから形成されるリストから選択される、請求項１に記載の測定装置（１）。
- 前記接続バンプコンタクト（６）は、前記支持体（２）における前記座面（３）とは反対側の表面に形成されている、請求項１に記載の測定装置（１）。
- 前記支持体（２）は、前記電気的テスト構造（４）と前記接続バンプコンタクト（６）とを電気的に接続させるための、導電性材料で充填されたビア（７）を備える、先行する請求項に記載の測定装置（１）。
- 請求項１〜８のいずれか一項に記載の測定装置（１）と、前記基板（１１）を受けるためのプレート（７）と、を備える、基板の特性を評価するためのシステム。
- 前記プレートは、前記基板に電圧を印加するように構成されている、先行する請求項に記載の特性評価システム（１０）。
- 前記測定装置（１）を前記プレート（７）に対して相対的に移動させるための手段をさらに備える、請求項１０または１１に記載の特性評価システム（１０）。
- 前記測定装置（１）は、前記支持体（２）を前記基板と密着させて配置するよう構成された保持部材（８）に固定されている、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の特性評価システム（１０）。
- 前記測定装置（１）の前記接続バンプコンタクト（６）に接続された解析コンピュータ（９）をさらに備える、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の特性評価システム（１０）。
- 前記解析コンピュータ（９）は、電気信号源（９ａ）と電気信号解析器（９ｂ）とを備える、先行する請求項に記載の特性評価システム（１０）。
- 基板（１１）の電気的特性を測定するための、以下のステップを備える方法：
ａ）主面を有する基板（１１）を供給する；
ｂ）前記基板（１１）の前記主面を、接触領域における接合により、誘電材料でできた支持体（２）に含まれた電気的テスト構造（４）の接触面（５）であって前記支持体（２）の座面（３）と面一である接触面（５）と密着させて配置する；
ｃ）前記密着を維持しつつ、前記電気的構造（４）において信号を伝搬させる；
ｄ）伝搬する前記信号を測定し、前記基板の前記電気的特性を特定する。 - 密着させて配置する前記ステップは、前記接触領域において前記基板（１１）の前記主面に前記支持体（２）を配置し、その後、前記伝搬ステップｃ）において前記支持体（２）に制御された保持力を印加するものである、請求項１６に記載の測定方法。
- 連続した前記ステップｂ）〜ｄ）の測定シーケンスが繰り返される、請求項１６〜１７のいずれか一項に記載の測定方法。
- 前記測定シーケンスの繰り返しは、前記基板（１１）の前記主面における別の接触領域に適用される、先行する請求項に記載の測定方法。
- 前記方法は、前記伝搬ステップｃ）の後に、前記基板（１１）から前記電気的テスト構造（４）を除去するステップｅ）を備える、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の測定方法。
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